RBI技术在油气处理装置检修中的应用.pdf

石油仪器 PETRoLEUM I NSTRUM ENTS 仪 器 设备 R B I 技术在油气处理装置检修中的应用 林冠发 杨敬武 宋成立 武 俊 刘继勇 1 ． 中国石油集 团石 油管工程 技术研究 院陕西 西安 2 ． 中国石 油天然气股 份有 限公 司塔里木油 田分公 司 新疆 库 尔勒 摘 要 R B I 技术是一种基于风险评估与优化检验的方法， 同时兼顾 系统安全性与经济性， 在 国内外石化行业得到广泛的应 用。文章介绍了R B I 技术的应用概况以及分析流程 ， 同时分析 了石油化工装置腐蚀失效机理的几个主要影响因素， 通过天然气 站 4 0 X 1 0 Il l ／ d天然气处理装置为例， 利用R B I 评估软件 O b r i t O n s h o r e得到了此装置流程的风险矩阵， 确定了该装置不 同风险 等级的设备类型和数量， 为其制定安全稳定运行周期。又经济的检修计划提供 了重要依据。 关 键 词 R B I ； 风险评 价 ； 腐蚀 ； 天然 气处理装置 中图法分类号 T E P 7 3 ． 6 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 9 1 3 4 2 0 1 4 0 6 0 0 3 8 0 4 0 引 言 风险是生产活动中期望的目标与实际结果的差异 程度 ， 而对三十年来我国石化企业事故发生 的调查 ， 其 中由设备故障引起的风险远高于其它情况 。为了对风 险进行评估 ， 石油石化企业引入了 H S E管理体系 ， 此体 系侧重于对人及物料的不安全因素的定性分析 ， 包括 设备管理 、 规章制度的建立及员1 二 健康的保护 ， 但并未 涉及到设备失效机理方面的研究 。而完整性分析弥 补了 H S E管理体系的不足， 可 以识别设备运行过程 中 的风险， 制定风险应对的控制对策 ， 使风险稳定在可接 受的范围。为此， 一套科学的、 系统 的基于风险的检验 R B I R i s k B a s e d I n s p e c t i o n 技术应运而生。R B I 技术以 风险分析为基础， 综合考虑系统安全性和经济性， 可以 节约检修成本， 有效地收集和管理风险信息， 从而降低 设备运行风险， 保证生产装置安全可靠运行 。 1 R B I 技 术在 石油工 业 中的应 用 1 ． 1 RB I 在 国 内外 石 油 工 业 中的 发展 概 况 R B I 最早应用于石油行业是 D N V 挪威船级社 针 对海洋石油平台开发 的软件 ， 2 0世纪 9 0年代， 全球知 名石化企业委托美 国石油学会 A P I 将 R B I 海洋平 台 的风险评估 引入到石油化工设备上 ， 历时 1 0年研究 ， 于 2 0 0 2年 美 国石 油 学 会 正 式 颁 布 R B I标 准 A P I R P 5 8 0 ， 完整地提出了建立在风险基准上的设备检验计 划的 R B I 概念 J 。R B I 在国外有着非常广泛的应用 ， 尤其欧美发达国家致力 R B I 的推广和应用 ， 其 中部分 国家对石化行业标准中的定期检验与 R B I 对检修周期 的调整给 出了合理 的解决 。我国于 2 0 0 6年 由国家 质量监督检验检疫总局颁布 1 9 8号文件 关于开展基 于风险的检验 R B I 技术试点应用工作 的通知 ， 其 中 就涉及到中石油和中石化行业 ， 标 志着基于风险的检 验技术在中石油和中石化正式试行 ， 同时在中国特种 设备检测研究 院和合肥通用机械研究 院的共 同努 力 下 ， 在中石油和中石化的企业 中有上百套的装置完成 了 R B I 风险评估和分析 ， 取得了不少经验。 1 ． 2 R B I 在油气 处理装置检修 中的应用 在石油工业 中， 原油 、 天然气处理和加工装置主要 由l一部分组成， 即动设备、 静设备和压力输送管道 ， 其 中动设备包括压缩机 往 复式和离心式 、 汽轮机和泵 阀等 ， 静设备则有反应塔、 压力容器 、 加热炉和换热器 等 。而这些设备大部分在高温高压下工作 ， 并且是 长周期连续运行 ， 对其进行有效的检验和分析 ， 是保证 整套装置安全 、 平稳 、 长寿命服役的重要前提。 对于石化装备 的检验方法， 传统上是按 照计划 的 定期 两年或三年 检验和维修 ， 这种检修比较粗糙 ， 会 造成过修或失修 ， 从而浪费了人力 、 物力和财力， 也没 有合理科学地保证检验质量以及设备的长周期安全运 行 ， 而 R B I 技术 正好 有效地解决 了这些 问题。R B I 是考虑了每个设备或部件 的运行工况 、 制造质量 、 管理 第一作者简介 林冠发， 男 ， 1 9 6 o年生， 教授级高级工程师 ， 2 0 0 5年西安交通大学材料学专业博士毕业 ， 研究 疗向 石油管材腐蚀与 防{ J 的 技术 及 应用 。邮编 7 1 0 0 7 7 2 0 1 4年 第 2 8卷 第 6期 林冠发等 R B I 技术在油气处理装置检修中的应用 3 9 状况、 失效模式及后果等之后对其进行 风险分析和评 估 ， 并在此基础上制定最优的检验方案 以供选择 ， 这是 传统检验方法所不具备 的， 可以使人们迅速关注高风 险设备的检修 ， 充分体现 了针对性和有效性 。同时 根据检验的结果 ， 验证和完善之前 所作 的风险评估。 R B I 使检验和管理更加集 中有效 ， 能使企业更加合 理 地分配检 修 资源 ， 既 降低 了装 置 的风 险， 也 节 省 了 成本。 1 ． 3 RB I 评 估 的工 作 流 程 R B I 评估的基本流程如图 1 所示。在 R B I 项 目实 施之前要明确此次评估的范 围及主要 目的， 然后采集 相关数据， 包括工艺参数 、 内部介质 、 检修及失效记录、 装置设计数据等 ， 再分割工艺流程 ， 划分物流回路及腐 蚀回路 ， 在上述工作的基础上利用 R B I 软件进行风险 评估 ， 计算失效可能性 、 失效后果和风险， 通过风险矩 阵方法确定风险等级 ， 根据风险评估结果制定检修计 划， 根据检修的结果采取相应降低风险的措施 ， 然后再 评估 ， 使得风险处在可控制 的范 围， 最后将评估结果 、 检修记录等数据进行收集整理 ， 来更新 R B I 数据库 ， 有 助于对 评估 所 涉及 的装 置 后续 进行 完 整性 管理 和 评价 ， 。 堰耀嘲 星 墼 堡． 1- 1 曼 笪} ． ～ 图 1 R B I 评估 的基本 流程 低风 2腐 蚀的影 响 因素 及机 理分析 材料的失效一般可分腐蚀失效和劣化失效， 腐蚀 失效可由电化学腐蚀引起， 如酸性腐蚀 、 水腐蚀 、 土壤 腐蚀等 ； 也可 由化学腐蚀引起， 如高温氧化 、 高温硫化 等 ； 材料的劣化失效 ， 如球化 、 石墨化 、 脱碳和不锈钢的 敏化等。对于石油化工装置来说， 最主要 的腐蚀失效 还是电化学腐蚀。对于材料 的电化学腐蚀来说 ， 通常 发生腐蚀的必要条件是存在液相水和腐蚀性组分， 其 中液相水作为介质 ， 腐蚀性组分作为 电化学的去极化 剂 ， 腐蚀失效特征表现为腐蚀减薄 、 局部失重 、 腐蚀穿 孔、 腐蚀开裂等 。 2 ． 1 水与腐蚀关系 石油化工． 设备介质 中水 以多种形式存在 ， 如游离 水 液态水 、 水蒸气 和含一定 比例水的混合相 单相 或多相 等 ， 只要有水存在时腐蚀性组分才会对设备造 成腐蚀影响。水就是载体 ， 含有腐蚀性组分如硫化氢、 二氧化碳 、 氧气或空气 、 氯化物等通过溶解于水而与金 属发生腐蚀作用 ， 所 以水与腐蚀性组分就构成了金属 的电化学腐蚀环境 ， 从而发生了不 同类型的腐蚀破坏。 研究表明， 含水率不同， 腐蚀性组分对金属的腐蚀程度 也不同 含水率低于 0 ． 5 ％且 以水蒸汽存在时 ， 腐蚀程 度轻微 ； 含水率在 3 0 ％ ～5 0 ％以下时 ， 金属存在腐蚀 ； 含水率在 3 0 ％ 一5 0 ％以上时， 腐蚀程度随含水率的增 加而急剧增大 。因此只要确定石油化工设备介质 中明显含有水相和腐蚀性组分及其具体位置时 ， 就可 以做到监测 、 预防和控制。 2 ． 2 H S腐蚀 在酸性油气系统 的腐蚀 中， H ， s作为阴极过程的 去极化剂和阳极过程的催化剂 ， 促进金属设备的腐蚀 ， 同时阴极反应生成 的氢 ， 会使设备发生氢脆和氢鼓包， 以致氢致开裂 。研究表 明 ， 软钢在含 H s的蒸 馏水中， 当 H s的含量为 2 0 0 m g ／ L～ 4 0 0 m g ／ L时 ， 腐 蚀速率达到最大 ， 而后随着 H S的含量增加而降低 ， 到 1 8 0 0 m g／ L以后 ， H， S的浓度对腐蚀几乎没有影响 ， 如 果含 H s介质中还含有其他腐蚀组分， 将促使 H s对 钢材的腐蚀 速率大大提高， 比如天然气净 化系统 中， M D E A 醇胺法脱硫 再生塔塔顶的酸气 回路及酸性水 回流回路 ， 应考虑 H 。 SC O 一H 0的腐蚀。 2 ． 3 CO2 腐蚀 C O ， 溶解在水中后形成碳酸 ， 使水的 p H值 降低 ， 水呈酸性 ， 就会使管体发生氢去极化腐蚀。在 C O 与 H s共存的体系中， 腐蚀机理主要表现为 3种形式 1 在 H 。 S分压小于7 0 P a 时 ， 体系中的 C O 是主 要腐蚀介质 ， 当环境温度高于 6 0℃时， 对钢材 的腐蚀 程度主要取决 于 F e C O 腐蚀产物膜对钢材 的保 护程 度， 基本腐蚀规律与 C O 腐蚀相同， 与 H S含量无关。 2当体 系 中 H s含 量 与 C O 含量 的分 压 比 P C O ／ P H S I2 0 0时， 钢材的表面会形成一层与系统温 度和 p H值有关 的、 致密的 F e S 保护膜 ， 导致对钢材腐 蚀速率降低 。 3 当体 系 中 H S含 量 与 C O 含量 的分 压 比 P C O ／ P H S2 0 0时， 系统对钢材 的腐蚀 以 H S为主 导 ， 一般会在钢材表面优先形成一层 F e S保护膜 ， 此层 腐蚀产物的存在影响具有较好保护性能的 F e C O 腐蚀 产物膜的生成 ， 系统最终的腐蚀性取决于 F e S与 F e C O 膜的稳定性及其保护性。 2 ． 4流型对腐蚀的影响 当气液两相流动 时， 也就是含有饱 和水 的气相系 统在冷凝时或者气液两相流动的情况下， 气液两相流